申请日1989.06.07
公开(公告)日1990.01.24
IPC分类号C02F1/74
摘要
净化污水的方法，该方法使用这样一种换热式反应容器，该容器由许多列管和一个外壳构成，该外壳与列管的外表面共同限定了一条可供热交换介质流过的通道。该方法所包含的步骤是将所说的污水通过所说的列管，同时往所说的污水流中通入含有氧分子的气体，借此使所说的污水与所说的进料气互相接触，从而使用存在于污水中的污染物受到湿法氧化处理。
権利要求書
1、净化污水的方法，该方法使用这样一种换热式反应容器，该容器由许多列管和一个外壳构成，该外壳与列管的外表面共同限定了一条可供热交换介质流过的通道，该方法所包含的步骤是将所说的污水通过所说的列管，同时往所说的污水流中通入含有氧分子的气体，借此使所说的污水和所说的进料气相互接触，从而使存在于污水中的污染物受到湿法氧化处理。
2、根据权利要求1所述的方法，其中所说的列管的内径在10至100mm的范围内。
3、根据权利要求1所述的方法，其中所说的需进行湿法氧化处理的污水所含的热值至少为20千卡/升(污水)。
4、根据权利要求3所述的方法，其中，当将所说的反应容器用于处理热值超过600千卡/升(污水)的污水时，该反应容器内所安装的列管的内径在10至30mm的范围内。
5、根据权利要求1所述的方法，其中所说的湿法氧化过程是在有催化剂存在的条件下进行的。
6、根据权利要求1所述的方法，其中所说的湿法氧化过程，是在120℃到370℃的温度范围内和在足以使污水保持液相状态的压力下进行的。
7、根据权利要求1所述的方法，其中所说的含有氧分子的气体是空气。
8、根据权利要求1所述的方法，其中所说的湿法氧化过程是通过利用这样一种换热式反应器来进行的，该反应器中安装有带供气喷嘴的供气装置，所说的供气喷嘴分别插入每一个列管的下端，在进行湿法氧化时，每一个所说的喷嘴的压差不小于0.05Kg/Cm2。
9、根据权利要求8所述的方法，其中所说的在各个喷嘴压力差之间的偏差在40%以内。
10、根据权利要求1所述的方法，其中所说的湿法氧化过程的第一步在管壳式换热反应器中进行，然后第二步在一个没有热交换功能的单独圆柱型反应器中进行。
11、根据权利要求10所述的方法，其中所说的进入管壳式换热反应器的污水在湿法氧化过程中的热值至少为20千卡/升(污水)。
12、根据权利要求11所述的方法，其中在所说管壳式换热反应器出口处的污水所含的热值小于20千卡/升(污水)。
说明书
本发明涉及污水净化的方法，具体地说是涉及以湿法氧化的手段来净化含有化学需氧物质(下文将其称之为“COD成分”)的污水的方法。更具体说是涉及有效地净化含有COD成分的污水的方法，所说的COD成分是指那些有害的，可氧化的有机或无机物质(下文将其称之为“污染物”)，这种使污水净化的方法是在有氧气存在的情况下对污水进行湿法氧化处理，借此使有机物转变成诸如二氧化碳、水和氮等无害的化合物。
在污水处理的常用方法中，称之为污水活化法的生物化学法和称之为Zimmermann法的湿法氧化法，都是被公认的方法。
有人提出，在湿法氧化法中，采用各种不同的氧化催化剂以达到提高反应速度的目的。而且，所提出的这种湿法氧化法不管在进行反应的容器内有没有催化剂存在，都是使用单独的圆柱型容器作为反应器。
污水活化法需用很长时间来分解有机物并且需要将污水稀释到适于海藻和细菌生长的浓度。因此，该方法的缺点是对污水进行活化处理时所用的设备要占据很大的场地，特别是最近几年，处理过快增长的污水所需的支出一直成为巨大的负担，尤其在市区更是这样。Zimmermann法是在20至200个大气压下和在200°至370℃温度范围内将空气通入含有机物的水溶液中，以使水溶液中的有机物被氧化而分解。由于反应速度过慢，故使得分解过程需要很长时间，因此该方法需要有一个由坚固材料制成的大型反应器，而由于设备和 操作方面的花费很大，故该方法实际上是不经济的。由于反应热使反应温度升高，这时使得反应器中的液相无法存留，因此，该方法的缺点是不能有效地处理含高热值的COD成分的污水。该方法也使用各种氧化催化剂以达到提高反应速度的目的。至于使用这样一类氧化催化剂，在常用的污水处理方法中，目前尚没有一种是专门为了减缓反应器对反应热的负担而设计的。
特别是在用常规的湿法氧化来处理较高浓度的污水时，反应中所放出的热量是相当大的。由于反应热的放出而引起温度的升高，使反应器中液相不可能存留，因此在处理过程中，必需将污水稀释以抑制热量的产生。但稀释带来了增加污水处理量的问题。即使污水的COD成分含量较低并因此使反应中产生的热量较少，但产生的热仍能使液体的温度升高，因此必须异乎寻常地增大反应压力以使污水保持液体状态。这样，由于在设备和操作方面的额外花费，这种使用氧化催化剂来处理污水的方法实际上是不经济的。
因此，本发明的一个目的是提供一种改进的净化污水的方法。
本发明的另一个目的是提供一种可有效地净化含有COD成分(即有害的无机或有机物质)的污水的方法，其措施是在有氧气存在的条件下对污水进行湿法氧化处理，借此将有害的物质转变成无害的化合物，如二氧化碳、水和氮等。
上述的目的是通过使用这样一种换热式反应器来净化污水而实现的，该换热式反应器由许多在内部的列管和一个外壳组成。该外壳与列管的外表面共同限定成一条供热交换介质流通的通道。该方法包括把污水通过列管，与此同时，还向污水流中通入含有氧分子的气体，借此使污水和进料气之间相互接触从而使污水中的污染物受到湿法氧 化。
常用的单独圆柱型反应器不用任何催化剂的湿法氧化(Zimmermann)已不能有效地处理含有高浓度COD成分的污水，因为该方法没有考虑如何来减轻反应器对反应热的负担，正如上面指出的，这一点是该方法所面临的问题。实际上，当待处理的污水是一种高浓度的污水时，反应中所产生的热量是如此之大，以致于反应器中的液相温度显著升高，于是全部水都变成气相，反应不能再继续下去。此外该湿法氧化的反应速度必然随着反应温度的升高而增加。因此，当反应温度有较大升高时，反应速度有可能加快到这样的程度，以致于反应过程变得难以控制。
我们在经过不断努力的研究后发现，在污水处理中，使用换热式反应容器作为反应器可以保证十分有效地除去反应热。
这种换热式反应器本身与经常用于各种气相氧化反应的反应器同属一般通用类型。然而，这种反应器至今尚未被用于湿法氧化工艺中。由换热式反应器和单独的圆柱型反应器相结合而成的反应系统也从来没有被用于湿法氧化工艺中。然而，我们已经发现，将换热式反应器作为湿法氧化工艺的反应容器，可以显著地提高污水处理的能力，这一点将在下面予以说明。
首先，使用换热式反应器可将反应热从高浓度的污水中充分除去，而常用的单独圆柱型反应器已不能有效地对这种污水进行处理，用换热式反应器来处理这种污水不必施加过大的压力。因此，在待处理的污水中，COD浓度的上限可从通常的8%增加到20%。当COD的含量较低并因此使反应热变小时，应用本发明的方法甚至可以在升高液体温度的条件下无需过多地提高反应压力。此外，需从反应器中 除去的热量可以通过以下方法精确地控制，即根据污水中的COD浓度和被处理的污水量来调节起冷却作用而在反应系统的热交换单元内进行循环的热交换介质的流量。
通过热交换介质从反应器中回收的反应热可以用于蒸汽发生锅炉以产生蒸汽，借此得到重新利用，或将其有效地回收以用于预热待处理的污水。因此反应热的回收可以大大降低设备和操作两方面的花费。
在湿法氧化反应中，反应速度可依靠提高温度来加快，但同时，为了维持液相，压力不可避免地要增加。在常用的反应容器中，由于反应所产生的热，使得在入口处的温度偏低，而出口处的温度偏高，因此在反应器中承受最高温度的那部分，要对压力加以调节，以使液相能保留下来。结果，与进行压力调节的那部分相比较，在反应器前半部分中的温度较低，其反应速度也相应地较慢。本发明人已经证实，使用换热式反应器可将整个反应器控制在一个预置的恒定温度下，并可使所需反应在整个反应容器内部以恒定的反应速度有效地进行，而不需施加不必要的额外的压力。